输出轴工艺及夹具设计1.docx

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输出轴工艺及夹具设计1

一：

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。

这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。

因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请彭老师给予指教。

二：

计算生产纲领，确定生产类型

经分析该加工工件生产类型为中批生产类型。

三：

零件图分析

（一）零件的作用

   题目所给定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。

（二）零件的材料及其力学性能

    零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，淬火时易生裂纹。

小型件可以采用调质处理，大型件可以采用正火处理。

其价格较便宜，经过调质或正火后可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-45HRC.

   （三）零件的结构工艺分析

    从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ54.8、φ60、φ70、φ88、φ80的外圆柱面，两个键槽，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ70外圆柱表面为Ra12.6um,要求不高；位置要求较严格，表现在φ54.4的外圆圆柱面、φ80外圆圆柱面、φ60外圆柱面的同轴度为0.02mm,；热处理方面需要调质处理，到20~32HRC，保持均匀。

通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

四、毛坯的分析

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。

（一）：

毛坯的选择

毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：

1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。

本零件生产批量为中批量，所以选择锻件中的模锻。

（二）：

毛坯图的设计

毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见图2.

                      图2

 （三）：

工艺路线拟定  

（1）定位基准的选择

    工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176外圆柱面和右端面。

以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ60的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。

在选精基准时采用有基准重合，基准统一。

这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。

（2）加工方法的确定

    在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。

由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。

同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况和我们学校的具体加工条件，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：

加工表面    表面粗糙度    公差/精度等级    加工方法

φ70外圆柱面    Ra12.6   自由公差    粗车-半精车

φ55.4外圆柱表面   Ra1.6    IT6    粗车-半精车-精车

φ60外圆柱面    Ra1.6   IT6    粗车-半精车-精车

φ88外圆柱面    Ra12.6   IT6    粗车-半精车-精车

φ80外圆柱面    Ra1.2    IT6    粗车-半精车-精车

左端面    Ra12.6       粗车

右端面    Ra12.6       粗车-精车

键槽    Ra12.6   IT9    粗铣-精铣

倒圆   Ra6.3        

四、加工顺序的安排  

（一）工序的安排

1、加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。

①粗加工阶段：

其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ54.4、φ70、φ60、φ88、φ80外圆柱表面。

②半精加工阶段：

其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ70、φ88外圆柱面等。

精加工阶段：

其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。

如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。

2、基面先行原则

该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。

3、先粗加工后精加工

即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。

4、先面后槽

（1）对该零件应该先加工平面，后加工键槽，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工键槽，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴先加工φ54.4外圆柱面，使之作为定位基准来加工其余各键槽。

（2）工序划分的确定

工序集中与工序分散：

工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以减少装夹时间，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。

工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。

综上所述：

考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散

辅助工序的安排：

辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。

（3）、热处理工序的安排

  热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。

最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。

（4）、拟定加工工艺路线

根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：

方案一

1、    备料      锻造毛坯

2、    热处理    退火（消除内应力）

3、    普车      粗、精车右端面钻中心孔

4、    普车      粗φ60外圆柱面倒圆

5、    普车      粗车各外圆柱面留半精车、精车余量，左端面

6、    热处理    调质

7、    数控车    半精车、精车各外圆柱面并加工要求的倒圆

8、数控铣    铣键槽  

9、去毛刺

10、检验  

方案二

1  备料    锻造毛坯

2  热处理    退火（消除内应力）

3  普车      粗车各圆柱面留半精车、精车余量以及左端面

4  普车      粗、精车右端面钻中心孔

5  普车      粗车φ60外圆柱面并加工要求的倒角

6  热处理    调质

7  数控车    半精车左端各圆柱面到要求

8  数控车    精车左端台阶并加工要求的倒角

9  铣      铣键槽

10 去毛刺

11  检验

方案三

1  备料      锻造毛坯

2  热处理    退火（消除内应力）

3  数控铣    铣端面钻中心孔

4  普车      车大端外圆  

5  普车      车φ55

6  普车      φ60

7  普车      φ70

8  普车      φ88

9  数控铣     铣键槽

10  倒角

11去毛刺

12检验

 综上所述：

三个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用方案二。

（5）、加工路线的确定

确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：

1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度

2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率

3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量

具体加工路线见走到路线图。

（6）、加工设备的选择

①、工序3、4、5采用C6132A1/500普通车床，

②、工序7、8采用数控车床CJK6140A/750,

工序9采用XK5032C,

（7）、刀具的选择

由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。

由于零件CA6140车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢材料时采用硬质合金的刀具。

①粗车外圆柱面：

刀具号为T0101，90°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为VCUM160408R-A4，刀具型号为PVJCR2525-16Q

②半精车，精车外圆柱面：

刀具号为T0202，75°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为WNUM080304EL-A2，刀具型号为PCRC2020-16Q

③钻头：

高速钢刀具刀具号为T0303，直径为φ30;刀具号T0404，直径为φ18

粗铣键槽  刀具号为T0909，精铣键槽  刀具号为T1010，

综上可做一刀具表如下：

加工表面    刀具号    刀具名称    刀具参数    刀片型号    刀具型号

粗车外圆柱面    T0101    可转位车刀    90°r=1    VCUM160408R-A4    PVJCR2525-16Q

半精，精车外圆柱面    T0202    可转位车刀    75°r=1    WNUM080304EL-A2    PCRC2020-16Q   

粗铣键槽    T0909    铣刀    Φ15.4    

精铣键槽    T1010    铣刀    Φ16 

五、工艺设计

1、加工余量，工序尺寸，及其公差的确定

  根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：

（1）外圆柱面φ88　　　

工序名称    工序余量    工序公差    工序尺寸公差    表面粗糙度

粗车    5    IT12    φ88   6.3

毛坯          φ100  

（2）外圆柱面φ80

工序名称    工序余量    工序公差    工序尺寸公差    表面粗糙度

精车    1.0    IT6    φ80   1.6

半精车    1.1    IT10    φ81   3.2

粗车    15    IT12    φ82.1  6.3

毛坯    17.1        φ97.1

（3）外圆柱面φ70

工序名称    工序余量    工序公差    工序尺寸公差    表面粗糙度

精车    1.0    IT6    φ70   1.6

半精车    1.1    IT10    φ71  3.2

粗车    10    IT12    φ72.1   6.3

毛坯    12.1        φ82.1  

 （4）外圆柱面φ60

工序名称    工序余量    工序公差    工序尺寸公差    表面粗糙度

精车    1.0    IT6    φ60    1.6

半精车    1.1    IT10    φ61.13.2

粗车    5    IT12    φ66.1   6.3

毛坯    7.5        φ73.6   

  （5）外圆柱面φ54.4

工序名称    工序余量    工序公差    工序尺寸公差    表面粗糙度

精车    1.0    IT6    φ55.4   1.6

半精车    1.1    IT10    φ56.5  3.2

粗车    5    IT12    φ61.5  6.3

毛坯    7.5        φ69   

（6）加工键槽

工序名称    工序余量    工序公差    工序尺寸公差    表面粗糙度

精铣        IT9    φ18   1.6

粗铣        IT12    φ16   3.2

2、确定切削用量及功率的校核

（1）  加工外圆柱面φ176　　　

    粗车：

查《机械加工工艺设计手册》P433得知：

f=0.8～1.2mm/r取f=0.81mm/r  ap=2.5mm  

查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=80m/min则n=1000Vc/d=195.85r/min由CA6140说明书取n=125r/min

故实际切削速度：

  Vc=nd/1000=200×3.14×187/1000=73.4m/min

校核功率：

Pc=Kc×ap×Vcf/60000=2305×2.5×0.81×73.4/60000=5.4Kw  由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=73.4m/min，n=125r/min，f=0.81mm/r

（2）  加工外圆柱面φ55

  粗车：

  确定进给量f：

查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编  上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r结合CA6140说明书取f=0.71mm/rap=2.5mm  查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.22r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min  功率Pc=Kc×ap×Vc×0.71/60000=2305×2.5×70.34×0.66/60×1000=4.4Kw  由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/minf=0.71mm/r

半精车：

查《机械加工工艺设计手册》P433得知：

f=0.25～0.35mm/r取f=0.30mm/rap=0.9mm取Vc=120m/min

故n=1000Vc/d=660.04r/min圆整得n=660r/min  

功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.3×120/60000=1.24Kw

由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=120m/min，n=660r/minf=0.3mm/r

精车：

查《机械制造工艺与机床夹具课程设计》表2-20知：

Vc=150～160m/min取Vc=160m/minf=0.18mm/r

ap=0.55mm

则n=1000Vc/d=908.29r/min圆整得n=910r/min  功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.55×0.18×160/60000=0.6Kw  由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=160m/min，n=910r/minf=0.18mm/r

Ⅲ  加工外圆柱面φ60

粗车：

d=70确定进给量f：

查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编  上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min取ap=2.5mm  

      校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×2.5×70.34×0.71/60000=4.8Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=400r/minf=0.71mm/r

半精车：

查《机械加工工艺设计手册》P433得知：

f=0.4～0.5mm/r  取f=0.45ap=0.9mm  再查外圆切削数据表知：

Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/d=546.8r/min圆整得n=550r/min  则Vc=nd/1000=510×3.14×62.9/1000=100.7m/min  功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.9×0.45×100.7/60000=1.57Kw  由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=100.7m/min，n=510r/min，f=0.45mm/r

精车：

查《机械加工工艺设计手册》表9-16知：

f=0.13～0.18mm/r取f=0.15mm/r

再查外圆切削数据表知：

Vc>1.67m/s取Vc=120m/min则n=1000Vc/d=1000×120/3.14×61.1=625.5r/min圆整得n=630r/min

取ap=0.55mm  故实际切削速度：

Vc=nd/1000=630×3.14×61.1/1000=120.87m/min  校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.55×120.87×0.15/60000=0.38Kw  由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=120.87m/min，n=630r/minf=0.15mm/r

Ⅳ    加工外圆柱面65

粗车：

  确定进给量f：

查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编  上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71mm/r

      查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=70.34m/min取ap=2.5mm  功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×2.5×70.34×0.71/60000=4.8Kw  由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/min，f=0.71mm/r

半精车：

查《机械加工工艺设计手册》P433得知：

f=0.4～0.5mm/r取f=0.45mm/r

    再查外圆切削数据表知：

Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/d=506.55r/min圆整得n=510r/min  取ap=0.9mm  Vc=nd/1000=510×3.14×67.9/1000=108.7m/min  功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.9×108.7×0.45/600